(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部熱源から熱を回収して媒体を加温する排熱回収器、前記排熱回収器を通過した媒体を圧縮する圧縮機、前記圧縮機で圧縮された媒体の熱を被加熱水に伝熱して温水及び蒸気の気液二相流を生成する媒体凝縮器、及び前記媒体凝縮器を通過した媒体を減圧して温度を下げる膨張機を有するヒートポンプ循環経路と、
前記媒体凝縮器に供給水を導入する給水経路と、
前記媒体凝縮器で生成した、温水及び蒸気の気液二相流を、水蒸気と水とに分離する気液分離器と、
前記気液分離器の気相部の蒸気を、蒸気利用設備に送る蒸気取出し経路と、
前記気液分離器の液相部と前記給水経路とを接続する水循環経路とを備えたヒートポンプ式蒸気生成装置であって、
前記蒸気取出し経路に上流側から第１圧力計と蒸気圧縮機とが設けられると共に、前記蒸気圧縮機の出力を制御する制御装置が設けられており、
前記制御装置は、前記蒸気利用設備における所定箇所の測定温度Ｔ１が、同箇所の設定温度Ｔｓｅｔ１に近づくように求められる出力値１と、前記第１圧力計の測定値Ｐ１が、気液分離器の設定圧力値Ｐｓｅｔ１に近づくように求められる出力値２とを比較して、低い方の出力値となるように、前記蒸気圧縮機の出力を制御することを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。
【請求項２】
前記出力値１は、前記蒸気利用設備における所定箇所の測定温度Ｔ１と、同箇所の設定温度Ｔｓｅｔ１とに基づいてＰＩＤ制御により求められ、
前記出力値２は、前記第１圧力計の測定値Ｐ１と、前記設定圧力値Ｐｓｅｔ１とに基づいてＰＩＤ制御により求められる請求項１記載のヒートポンプ式蒸気生成装置。
【請求項３】
外部熱源から熱を回収して媒体を加温する排熱回収器、前記排熱回収器を通過した媒体を圧縮する圧縮機、前記圧縮機で圧縮された媒体の熱を被加熱水に伝熱して温水及び蒸気の気液二相流を生成する媒体凝縮器、及び前記媒体凝縮器を通過した媒体を減圧して温度を下げる膨張機を有するヒートポンプ循環経路と、
前記媒体凝縮器に供給水を導入する給水経路と、
前記媒体凝縮器で生成した、温水及び蒸気の気液二相流を、水蒸気と水とに分離する気液分離器と、
前記気液分離器の気相部の蒸気を、蒸気利用設備に送る蒸気取出し経路と、
前記気液分離器の液相部と前記給水経路とを接続する水循環経路とを備えたヒートポンプ式蒸気生成装置であって、
前記蒸気取出し経路に上流側から第１圧力計と蒸気圧縮機と第２圧力計とが設けられると共に、前記蒸気圧縮機の出力を制御する制御装置が設けられており、
前記制御装置は、前記蒸気利用設備における所定箇所の測定温度Ｔ１が、同箇所の設定温度Ｔｓｅｔ１に近づくように求められる出力値１を設定値とし、第２圧力計の測定値Ｐ２が、前記出力値１に近づくように求められる出力値３と、
前記第１圧力計の測定値Ｐ１が、気液分離器の設定圧力値Ｐｓｅｔ１に近づくように求められる出力値２とを比較して、低い方の出力値となるように、前記蒸気圧縮機の出力を制御することを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。
【請求項４】
前記出力値１は、前記蒸気利用設備における所定箇所の測定温度Ｔ１と、同箇所の設定温度Ｔｓｅｔ１とに基づいてＰＩＤ制御により求められ、
前記出力値２は、前記第１圧力計の測定値Ｐ１と、前記設定圧力値Ｐｓｅｔ１とに基づいてＰＩＤ制御により求められ、
前記出力値３は、前記第２圧力計の測定値Ｐ２と、前記出力値１とに基づいてＰＩＤ制御により求められる請求項３記載のヒートポンプ式蒸気生成装置。
【請求項５】
外部熱源から熱を回収して媒体を加温する排熱回収器、前記排熱回収器を通過した媒体を圧縮する圧縮機、前記圧縮機で圧縮された媒体の熱を被加熱水に伝熱して温水及び蒸気の気液二相流を生成する媒体凝縮器、及び前記媒体凝縮器を通過した媒体を減圧して温度を下げる膨張機を有するヒートポンプ循環経路と、
前記媒体凝縮器に供給水を導入する給水経路と、
前記媒体凝縮器で生成した、温水及び蒸気の気液二相流を、水蒸気と水とに分離する気液分離器と、
前記気液分離器の気相部の蒸気を、蒸気利用設備に送る蒸気取出し経路と、
前記気液分離器の液相部と前記給水経路とを接続する水循環経路とを備えたヒートポンプ式蒸気生成装置であって、
前記蒸気取出し経路に上流側から第１圧力計と蒸気圧縮機とが設けられると共に、前記蒸気圧縮機の出力を制御する制御装置が設けられており、
前記制御装置は、前記蒸気利用設備における所定箇所の測定圧力Ｐ３が、同箇所の設定圧力Ｐｓｅｔ２に近づくように求められる出力値４と、前記第１圧力計の測定値Ｐ１が、気液分離器の設定圧力値Ｐｓｅｔ１に近づくように求められる出力値２とを比較して、低い方の出力値となるように、前記蒸気圧縮機の出力を制御することを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。
【請求項６】
前記出力値４は、前記蒸気利用設備における所定箇所の測定圧力Ｐ３と、同箇所の設定圧力Ｐｓｅｔ２に基づいてＰＩＤ制御により求められ、前記出力値２は、前記第１圧力計の測定値Ｐ１と、前記設定圧力値Ｐｓｅｔ１とに基づいてＰＩＤ制御により求められる請求項５記載のヒートポンプ式蒸気生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工場排水などから排熱を回収して蒸気を生成するヒートポンプ式蒸気生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気生成装置の一つとして、ヒートポンプを利用したヒートポンプ式蒸気生成装置がある。ヒートポンプ式蒸気生成装置は、工場排水などから廃熱を回収して蒸気を生成するものであって、ボイラー設備等を利用して蒸気を発生させる燃焼系蒸気生成装置に比べて、ランニングコストが低く、ＣＯ２の排出量を低減できるなどのメリットがある。
【０００３】
特許文献１には、圧縮機の吐出側に一端が接続された冷媒管の他端が、蒸気生成用熱交換器、温水生成用熱交換器、膨張弁、熱回収器を介して前記圧縮機の吸入側に接続された冷媒回路を備え、熱回収器において外部熱源からの熱を回収し、蒸気生成用熱交換器で蒸気を生成し、温水生成用熱交換器で温水を生成するように構成されたヒートポンプ式蒸気・温水生成装置が開示されている。そして、特許文献１のヒートポンプ式蒸気・温水生成装置では、蒸気生成用熱交換器で生成した蒸気中に含まれる水あるいは蒸気の凝縮により液化した水を給水用気液分離器で分離し、給水用気液分離器の気相部に設けられた蒸気供給管から蒸気を外部に取出している。
【０００４】
特許文献２には、熱源からの熱で水を蒸発させて蒸気を生成する蒸発器と、前記蒸発器で生成された蒸気を圧縮する圧縮機とを備えたヒートポンプシステムにおいて、圧縮機に流入する蒸気量を制御する手段を設けたことを特徴とするヒートポンプシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２３２３５７号公報
【特許文献２】特開２００８−５７８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、ヒートポンプ式蒸気生成装置において使用されているヒートポンプ媒体の臨界温度は、およそ１５０℃であるため、ヒートポンプ式蒸気生成装置では、約１２０〜１３０℃の蒸気を生成することが限界である。したがって、それ以上の温度の蒸気を生成することができないという問題点がある。
【０００７】
特許文献２では、蒸発器で生成された蒸気の圧力が低いため、所望の温度（圧力）の蒸気を出力するためには、大容量の圧縮機を使用する必要があり装置が大型化すると共にコストが高くなる。また、圧縮機の動力も大きくなるため、蒸気生成効率が悪くなるという問題点がある。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、蒸気利用設備を所望温度に効率よく加温することが可能なヒートポンプ式蒸気生成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の第１のヒートポンプ式蒸気生成装置は、外部熱源から熱を回収して媒体を加温する排熱回収器、前記排熱回収器を通過した媒体を圧縮する圧縮機、前記圧縮機で圧縮された媒体の熱を被加熱水に伝熱して温水及び蒸気の気液二相流を生成する媒体凝縮器、及び前記媒体凝縮器を通過した媒体を減圧して温度を下げる膨張機を有するヒートポンプ循環経路と、前記媒体凝縮器に供給水を導入する給水経路と、前記媒体凝縮器で生成した、温水及び蒸気の気液二相流を、水蒸気と水とに分離する気液分離器と、前記気液分離器の気相部の蒸気を、蒸気利用設備に送る蒸気取出し経路と、前記気液分離器の液相部と前記給水経路とを接続する水循環経路とを備えたヒートポンプ式蒸気生成装置であって、前記蒸気取出し経路に上流側から第１圧力計と蒸気圧縮機とが設けられると共に、前記蒸気圧縮機の出力を制御する制御装置が設けられており、前記制御装置は、前記蒸気利用設備における所定箇所の測定温度Ｔ１が、同箇所の設定温度Ｔｓｅｔ１に近づくように求められる出力値１と、前記第１圧力計の測定値Ｐ１が、気液分離器の設定圧力値Ｐｓｅｔ１に近づくように求められる出力値２とを比較して、低い方の出力値となるように、前記蒸気圧縮機の出力を制御することを特徴とする。
【００１０】
前記出力値１は、前記蒸気利用設備における所定箇所の測定温度Ｔ１と、同箇所の設定温度Ｔｓｅｔ１とに基づいてＰＩＤ制御により求められ、前記出力値２は、前記第１圧力計の測定値Ｐ１と、前記設定圧力値Ｐｓｅｔ１とに基づいてＰＩＤ制御により求められることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の第２のヒートポンプ式蒸気生成装置は、外部熱源から熱を回収して媒体を加温する排熱回収器、前記排熱回収器を通過した媒体を圧縮する圧縮機、前記圧縮機で圧縮された媒体の熱を被加熱水に伝熱して温水及び蒸気の気液二相流を生成する媒体凝縮器、及び前記媒体凝縮器を通過した媒体を減圧して温度を下げる膨張機を有するヒートポンプ循環経路と、前記媒体凝縮器に供給水を導入する給水経路と、前記媒体凝縮器で生成した、温水及び蒸気の気液二相流を、水蒸気と水とに分離する気液分離器と、前記気液分離器の気相部の蒸気を、蒸気利用設備に送る蒸気取出し経路と、前記気液分離器の液相部と前記給水経路とを接続する水循環経路とを備えたヒートポンプ式蒸気生成装置であって、前記蒸気取出し経路に上流側から第１圧力計と蒸気圧縮機と第２圧力計とが設けられると共に、前記蒸気圧縮機の出力を制御する制御装置が設けられており、前記制御装置は、前記蒸気利用設備における所定箇所の測定温度Ｔ１が、同箇所の設定温度Ｔｓｅｔ１に近づくように求められる出力値１を設定値とし、第２圧力計の測定値Ｐ２が、前記出力値１に近づくように求められる出力値３と、前記第１圧力計の測定値Ｐ１が、気液分離器の設定圧力値Ｐｓｅｔ１に近づくように求められる出力値２とを比較して、低い方の出力値となるように、前記蒸気圧縮機の出力を制御することを特徴とする。
【００１２】
前記出力値１は、前記蒸気利用設備における所定箇所の測定温度Ｔ１と、同箇所の設定温度Ｔｓｅｔ１とに基づいてＰＩＤ制御により求められ、前記出力値２は、前記第１圧力計の測定値Ｐ１と、前記設定圧力値Ｐｓｅｔ１とに基づいてＰＩＤ制御により求められ、前記出力値３は、前記第２圧力計の測定値Ｐ２と、前記出力値１とに基づいてＰＩＤ制御により求められることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の第３のヒートポンプ式蒸気生成装置は、外部熱源から熱を回収して媒体を加温する排熱回収器、前記排熱回収器を通過した媒体を圧縮する圧縮機、前記圧縮機で圧縮された媒体の熱を被加熱水に伝熱して温水及び蒸気の気液二相流を生成する媒体凝縮器、及び前記媒体凝縮器を通過した媒体を減圧して温度を下げる膨張機を有するヒートポンプ循環経路と、前記媒体凝縮器に供給水を導入する給水経路と、前記媒体凝縮器で生成した、温水及び蒸気の気液二相流を、水蒸気と水とに分離する気液分離器と、前記気液分離器の気相部の蒸気を、蒸気利用設備に送る蒸気取出し経路と、前記気液分離器の液相部と前記給水経路とを接続する水循環経路とを備えたヒートポンプ式蒸気生成装置であって、前記蒸気取出し経路に上流側から第１圧力計と蒸気圧縮機とが設けられると共に、前記蒸気圧縮機の出力を制御する制御装置が設けられており、前記制御装置は、前記蒸気利用設備における所定箇所の測定圧力Ｐ３が、同箇所の設定圧力Ｐｓｅｔ２に近づくように求められる出力値４と、前記第１圧力計の測定値Ｐ１が、気液分離器の設定圧力値Ｐｓｅｔ１に近づくように求められる出力値２とを比較して、低い方の出力値となるように、前記蒸気圧縮機の出力を制御することを特徴とする。
【００１４】
前記出力値４は、前記蒸気利用設備における所定箇所の測定圧力Ｐ３と、同箇所の設定圧力Ｐｓｅｔ２に基づいてＰＩＤ制御により求められ、前記出力値２は、前記第１圧力計の測定値Ｐ１と、前記設定圧力値Ｐｓｅｔ１とに基づいてＰＩＤ制御により求められることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の第１のヒートポンプ式蒸気生成装置によれば、制御装置によって、蒸気利用設備における所定箇所の測定温度Ｔ１が、同箇所の設定温度Ｔｓｅｔ１に近づくように求められる出力値１と、第１圧力計の測定値Ｐ１が、気液分離器の設定圧力値Ｐｓｅｔ１に近づくように求められる出力値２とを比較して、低い方の出力値となるように、蒸気圧縮機の出力を制御するので、排熱回収器に供給される排熱量に応じて、気液分離器の気相部の蒸気圧力が所定値以下に下がらないように抑制しつつ、蒸気利用設備における所定箇所の温度Ｔ１が設定温度Ｔｓｅｔ１に近づくように、蒸気圧縮機の出力を制御して、気液分離器内の圧力を低下させすぎることなく、高温の蒸気を効率よく蒸気利用設備に供給することができ、速やかに所望温度まで昇温できる。したがって、シンプルなシステム構成で、供給される排熱を最大限に利用しつつ、高温の蒸気を安定して出力できるヒートポンプ式蒸気生成装置を提供することができる。
【００１６】
また、本発明の第２のヒートポンプ式蒸気生成装置によれば、制御装置によって、前記蒸気利用設備における所定箇所の測定温度Ｔ１が、同箇所の設定温度Ｔｓｅｔ１に近づくように求められる出力値１を設定値とし、第２圧力計の測定値Ｐ２が、出力値１に近づくように求められる出力値３と、第１圧力計の測定値Ｐ１が、気液分離器の設定圧力値Ｐｓｅｔ１に近づくように求められる出力値２とを比較して、低い方の出力値となるように、蒸気圧縮機の出力を制御するので、いわゆるカスケード制御によって、蒸気利用設備における所定箇所の温度をより迅速に設定温度Ｔｓｅｔ１に近づけることができる。
【００１７】
また、本発明の第３のヒートポンプ式蒸気生成装置によれば、制御装置によって、蒸気利用設備における所定箇所の測定圧力Ｐ３が、同箇所の設定圧力Ｐｓｅｔ２に近づくように求められる出力値４と、第１圧力計の測定値Ｐ１が、気液分離器の設定圧力値Ｐｓｅｔ１に近づくように求められる出力値２とを比較して、低い方の出力値となるように、蒸気圧縮機の出力を制御するので、気液分離器内の圧力を低下させすぎることなく、高温の蒸気を効率よく蒸気利用設備に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のヒートポンプ式蒸気生成装置の第１の実施形態の概略構成図である。
【図２】同ヒートポンプ式蒸気生成装置の制御装置で行われる制御ブロック図である。
【図３】本発明のヒートポンプ式蒸気生成装置の第２の実施形態の概略構成図である。
【図４】同ヒートポンプ式蒸気生成装置の制御装置で行われる制御ブロック図である。
【図５】本発明のヒートポンプ式蒸気生成装置の第３の実施形態の概略構成図である。
【図６】同ヒートポンプ式蒸気生成装置の制御装置で行われる制御ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［第１の実施形態］
図１に示すように、このヒートポンプ式蒸気生成装置は、排熱回収器１の出口側から伸びた配管Ｌ１が、圧縮機２、媒体凝縮器３、膨張機５の順に経由して、排熱回収器１の入り口側に接続したヒートポンプ循環経路２０を備える。
【００２０】
ヒートポンプ循環経路２０では、ヒートポンプ媒体が循環流通しており、ヒートポンプ媒体を介して外部熱源から送られてくる熱媒体（この実施形態では、熱媒体として排温水を使用している）の熱を回収するとともに、給水源から送られてくる供給水にヒートポンプ媒体の熱を伝熱して蒸気を生成するように構成されている。
【００２１】
ヒートポンプ媒体としては、臨界温度が高く、地球温暖化係数が低く、オゾン破壊係数の低いものが好ましく用いられる。このような媒体としては、１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパン（構造式：ＣＨＦ２ＣＨ２ＣＦ３、Ｒ２４５ｆａ）、ｎ−ペンタン（構造式：Ｃ５Ｈ１２）、１，１，１，２，２，３，３−ヘプタフルオロ−３−メトキシプロパン（構造式：Ｃ３Ｆ７ＯＣＨ３、３Ｍ社製品名：「ＨＦＥ−７０００」）等が挙げられる。これらは、いずれも臨界温度が１５０℃以上であり、地球温暖化係数が低く、オゾン破壊係数が低い。
【００２２】
外部熱源から伸びた、排温水が流通する配管Ｌ２は、排熱回収器１を経由して系外に接続している。
【００２３】
給水源から伸びた、供給水が流通する配管Ｌ３は、給水ポンプＰ１、媒体凝縮器３の順に経由して、気液分離器７の気相部に接続している。
【００２４】
気液分離器７の気相部には、蒸気利用設備４０に接続する蒸気取出し用の配管Ｌ４が設けられている。この配管Ｌ４には、上流から、第１圧力計３１、蒸気圧縮機３５の順に配置されている。蒸気圧縮機３５は、第１圧力計３１の測定値Ｐ１と、蒸気利用設備４０に設けられた温度計３３の測定値Ｔ１に基づき、制御装置５０によって駆動が制御されている。また、気液分離器７の液相部には、系外の排水系へと伸びる配管Ｌ５と、媒体凝縮器３に接続する配管Ｌ６が設けられている。
【００２５】
次に、本発明のヒートポンプ式蒸気生成装置の動作について、熱の流れに沿って説明する。
【００２６】
（排温水について）
工場排水系等の外部熱源から送られる排温水は、配管Ｌ２を流通し、排熱回収器１を通過して排水として系外へと送られる。
排熱回収器１では、排温水の熱を、配管Ｌ１を流通するヒートポンプ媒体に伝熱してヒートポンプ媒体を加温する。
【００２７】
（ヒートポンプ媒体について）
排熱回収器１にて、排温水との熱交換により加温されたヒートポンプ媒体は、圧縮機２に送られる。
【００２８】
圧縮機２では、ヒートポンプ媒体を所定の圧力まで圧縮して高温高圧にする。この高温高圧になったヒートポンプ媒体は、媒体凝縮器３を通過して、配管Ｌ３を流通する供給水との熱交換に利用される。
【００２９】
媒体凝縮器３では、高温高圧になったヒートポンプ媒体の熱を、配管Ｌ３を流通する被加熱水に伝熱して温水及び蒸気の気液二相流を生成する。
【００３０】
媒体凝縮器３を通過したヒートポンプ媒体は、膨張機５に送られ、所定圧力まで減圧したのち、排熱回収器１に再び導入して、配管Ｌ２を流通する排温水の熱回収に用いられる。
【００３１】
（供給水について）
給水源から給水ポンプＰ１で供給される供給水は、供給水の質量流量Ｑ１が、配管Ｌ４から取出される蒸気の質量流量Ｑ２及び配管Ｌ５からの排水流量Ｑ３との合計量（Ｑ２＋Ｑ３）となるように制御される。
【００３２】
次に、供給水は、配管Ｌ６から送られてくる、気液分離器７内の温水（循環水）と合流して、循環水と供給水との混合水が形成され、媒体凝縮器３に送液される。媒体凝縮器３に導入された混合水は、前述したように高温高圧になったヒートポンプ媒体の熱を回収し、温水及び蒸気の気液二相流を生成して、気液分離器７に送られる。
【００３３】
気液分離器７では、温水及び蒸気の気液二相流を蒸気と温水とに分離する。そして、気液分離器７の気相部に貯留された蒸気は、蒸気圧縮機３５で所定の温度及び圧力まで圧縮し、蒸気利用設備４０に供給される。また、気液分離器７の液相部に貯留された温水は、配管Ｌ６を通して配管Ｌ３内を流通する供給水と混合して循環利用される。
【００３４】
気液分離器７の液相部に接続された配管Ｌ５からは、循環水系統の塩分の濃縮防止を目的としてブローダウンするために、定期的又は一時的に系外に排水する。
【００３５】
（制御装置５０での制御について）
次に、制御装置５０で行われる制御について、図２の制御ブロック図を用いて説明する。
【００３６】
ＰＩＤ制御器６１に、蒸気利用設備４０の蒸気需要先に設けられた温度計３３の測定値Ｔ１が入力される。ＰＩＤ制御器６１では、測定値Ｔ１が予め設定した設定温度Ｔｓｅｔ１に近づくようにＰＩＤ制御して出力値１を得て、出力値１をローレベルセレクター６５に入力する。
【００３７】
また、ＰＩＤ制御器６２に、第１圧力計３１の測定値Ｐ１が入力される。ＰＩＤ制御器６２では、測定値Ｐ１が予め設定した気液分離器の設定圧力値Ｐｓｅｔ１に近づくように制御して出力値２を得て、出力値２をローレベルセレクター６５に入力する。ここで、出力値２は設定圧力値Ｐｓｅｔ１において出力できる最大値を示すことになる。
【００３８】
ローレベルセレクター６５では、入力された出力値１と、出力値２とを比較して、小さい方の出力値を選択してインバータ６７に入力する。
【００３９】
インバータ６７では、入力された出力値を、蒸気圧縮機３５の回転数指令値に変換し、得られた回転数指令値を蒸気圧縮機３５に入力して蒸気圧縮機３５の駆動を制御する。
【００４０】
蒸気圧縮機３５の回転数を上げて駆動力を高めることで、蒸気利用設備４０に供給する蒸気温度を高めることができる。このため、温度計３３の測定値Ｔ１が予め設定した設定温度Ｔｓｅｔ１に近づくように蒸気圧縮機３５の駆動を制御することで、目的温度の蒸気を蒸気利用設備４０に供給することができる。しかしながら、蒸気圧縮機３５の駆動力を高めるに伴い、蒸気圧縮機３５の入り口圧力、すなわち、気液分離器７の気相部の圧力が低下する傾向にある。気液分離器７の気相部の圧力が低下すると、蒸気の取出しが困難になったり、液相部の水面が安定しなくなったり、気液分離器７から媒体凝縮器３に循環水を供給する際に、送液ポンプがキャビテーションを起こす等の問題が生じる。
【００４１】
この実施形態によれば、温度計３３の測定値Ｔ１が予め設定した設定温度Ｔｓｅｔ１に近づくようにＰＩＤ制御して出力値１を得ると共に、第１圧力計３１の測定値Ｐ１が予め設定した設定圧力値Ｐｓｅｔ１に近づくようにＰＩＤ制御して出力値２を得て、出力値１及び出力値２のいずれか小さい方の値に基づき、蒸気圧縮機３５の駆動を制御しているので、気液分離器７の気相部の圧力低下を生じさせることなく、高温の蒸気を蒸気利用設備４０に供給して、蒸気利用設備４０を速やかに所望温度まで加温できる。
【００４２】
［第２の実施形態］
次に、図３を用いて、本発明を適用するヒートポンプ式蒸気生成装置の第２の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態のヒートポンプ式蒸気生成装置と同一箇所は同一符号を付して、その説明を省略する。
【００４３】
この実施形態では、気取出し用の配管Ｌ４に、上流側から順に、第１圧力計３１、蒸気圧縮機３５、第２圧力計３２が配置されている。そして、蒸気圧縮機３５が、第１圧力計３１の測定値Ｐ１と、第２圧力計３２の測定値Ｐ２と、蒸気利用設備４０に設けられた温度計３３の測定値Ｔ１に基づき、制御装置５１によって駆動が制御されるように構成されている。
【００４４】
制御装置５１で行われる制御について、図４の制御ブロック図を用いて説明する。
【００４５】
ＰＩＤ制御器６１に、蒸気利用設備４０の蒸気需要先に設けられた温度計３３の測定値Ｔ１が入力される。ＰＩＤ制御器６１では、測定値Ｔ１が予め設定した設定温度Ｔｓｅｔ１に近づくようにＰＩＤ制御して出力値１を得て、出力値１をＰＩＤ制御器６３に入力する。そして、ＰＩＤ制御器６３では、ＰＩＤ制御器６１から出力された出力値１を設定値とし、第２圧力計３２の測定値Ｐ２が、出力値１に近づくようにＰＩＤ制御して出力値３を得て、出力値３をローレベルセレクター６６に入力する。
【００４６】
また、ＰＩＤ制御器６２に、第１圧力計３１の測定値Ｐ１が入力される。ＰＩＤ制御器６２では、測定値Ｐ１が予め設定した気液分離器の設定圧力値Ｐｓｅｔ１に近づくように制御して出力値２を得て、出力値２をローレベルセレクター６５に入力する。ここで、出力値２は設定圧力値Ｐｓｅｔ１において出力できる最大値を示すことになる。
【００４７】
ローレベルセレクター６６では、入力された出力値２と、出力値３とを比較して、小さい方の出力値を選択してインバータ６７に入力する。
【００４８】
インバータ６７では、入力された出力値を、蒸気圧縮機３５の回転数指令値に変換し、得られた回転数指令値を蒸気圧縮機３５に入力して蒸気圧縮機３５の駆動を制御する。
【００４９】
この実施形態によれば、温度計３３の測定値Ｔ１が予め設定した設定温度Ｔｓｅｔ１に近づくようにＰＩＤ制御して出力値１を得て、この出力値１を設定値として、第２圧力計３２の測定値Ｐ２が、出力値１に近づくようにＰＩＤ制御して出力値３を得ている。この出力値３は、カスケード制御方式によって得られた出力値であるので、出力値３をローレベルセレクターで選択し、出力値３に基づき蒸気圧縮機３５の駆動を制御した場合、速やかに目的温度の蒸気を蒸気利用設備４０に供給することができる。蒸気利用設備４０の熱容量が大きく、応答が悪い場合に特に有効である。
【００５０】
また、この実施形態においても、出力値３と、第１圧力計３１の測定値Ｐ１が予め設定した設定圧力値Ｐｓｅｔ１に近づくようにＰＩＤ制御して得た出力値２のいずれか小さい方の値に基づき、蒸気圧縮機３５の駆動を制御しているので、気液分離器７の気相部の圧力低下を生じさせることなく、高温の蒸気を蒸気利用設備４０に供給して、蒸気利用設備４０を速やかに所望温度まで加温できる。
【００５１】
第２の実施形態の構成によれば、第２の実施形態の構成に比べて、加熱対象物の温度上昇のオーバーシュートを抑制できる利点がある。
【００５２】
［第３の実施形態］
図５を用いて、本発明を適用するヒートポンプ式蒸気生成装置の第３の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態のヒートポンプ式蒸気生成装置と同一箇所は同一符号を付して、その説明を省略する。
【００５３】
この実施形態では、蒸気利用設備が、ボイラー４５から供給される蒸気と、気液分離器７から取出されるヒートポンプからの蒸気とを集合及び分配させる配管を備えた蒸気共通ヘッダ４１であり、蒸気共通ヘッダ４１内に、内部の雰囲気圧力を計測する第３圧力計３４が配置されている。そして、蒸気圧縮機３５が、第１圧力計３１の測定値Ｐ１と、蒸気共通ヘッダ４１に設けられた第３圧力計３４の測定値Ｐ３に基づき、制御装置５２によって駆動が制御されるように構成されている。
【００５４】
制御装置５２で行われる制御について、図６の制御ブロック図を用いて説明する。
【００５５】
ＰＩＤ制御器６４に、蒸気共通ヘッダ４１に設けられた第３圧力計３４の測定値Ｐ３が入力される。ＰＩＤ制御器６４では、測定値Ｐ３が予め設定した蒸気共通ヘッダ４１の設定圧力Ｐｓｅｔ２に近づくようにＰＩＤ制御して出力値４を得て、出力値４をローレベルセレクター６５に入力する。
【００５６】
また、ＰＩＤ制御器６２に、第１圧力計３１の測定値Ｐ１が入力される。ＰＩＤ制御器６２では、測定値Ｐ１が予め設定した気液分離器の設定圧力値Ｐｓｅｔ１に近づくように制御して出力値２を得て、出力値２をローレベルセレクター６５に入力する。ここで、出力値２は設定圧力値Ｐｓｅｔ１において出力できる最大値を示すことになる。
【００５７】
ローレベルセレクター６５では、入力された出力値４と、出力値２とを比較して、小さい方の出力値を選択してインバータ６７に入力する。
【００５８】
インバータ６７では、入力された出力値を、蒸気圧縮機３５の回転数指令値に変換し、得られた回転数指令値を蒸気圧縮機３５に入力して蒸気圧縮機３５の駆動を制御する。
【００５９】
この実施形態によれば、第３圧力計３４の測定値Ｐ３が、予め設定した蒸気共通ヘッダ４１の設定圧力Ｐｓｅｔ２に近づくようにＰＩＤ制御して出力値４を得ると共に、第１圧力計３１の測定値Ｐ１が予め設定した設定圧力値Ｐｓｅｔ１に近づくようにＰＩＤ制御して出力値２を得て、出力値４及び出力値２のいずれか小さい方の値に基づき、蒸気圧縮機３５の駆動を制御しているので、気液分離器７の気相部の圧力低下を生じさせることなく、高温の蒸気を蒸気共通ヘッダ４１に安定供給できる。
【実施例】
【００６０】
（実施例１）
図１に示すヒートポンプ式蒸気生成装置を使い、第１圧力計３１の圧力が０．１０ＭＰａ・Ｇ（１２０℃飽和蒸気）になるようにヒートポンプ循環経路２０の圧縮機２、膨張機５を運転した。第１圧力計３１の設定圧力値Ｐｓｅｔ１は、０．０４ＭＰａ・Ｇ（１１０℃飽和蒸気）に設定した。この状態で、ＰＩＤ制御器６２の出力は１００％であった。
蒸気利用設備４０加熱対象物を入れ、温度計３３にて温度を測定した。温度計３３の測定値Ｔ１は３０℃であった。設定温度Ｔｓｅｔ１を１３０℃とした場合、この状態でＰＩＤ制御器６１の出力は１００％であった。
加熱対象物の乾燥を開始するために蒸気圧縮機３５を起動した。設定温度Ｔｓｅｔ１を１３０℃とし、蒸気圧縮機３５をインバータ６７のスロースタート機能を使って起動し、すぐに１００％運転となったが、第１圧力計３１の測定圧力Ｐ１が０．０４ＭＰａ・ＧになるとＰＩＤ制御器６２の出力が低下して４０％運転となった。
５時間経過後、温度計３３の測定値Ｔ１は１２８℃となり、ＰＩＤ制御器６１の出力値１が低下し２０％となり、蒸気圧縮機３５は２０％運転となった。
第１圧力計３１の測定値Ｐ１は０．０４ＭＰａ・Ｇから上昇を始め、０．１０ＭＰａ・Ｇとなり安定した。
蒸気圧縮機３５は、運転回転数がしだいに低下し、温度計３３の測定値Ｔ１が１３２℃となると、ＰＩＤ制御器６１の出力値１は０％となり蒸気圧縮機３５は停止した。
【００６１】
（実施例２）
図３に示すヒートポンプ式蒸気生成装置を使い、第１圧力計３１の圧力が０．１０ＭＰａ・Ｇ（１２０℃飽和蒸気）になるようにヒートポンプ循環経路２０の圧縮機２、膨張機５を運転した。第１圧力計３１の設定圧力値Ｐｓｅｔ１は、０．０４ＭＰａ・Ｇ（１１０℃飽和蒸気）に設定した。この状態で、ＰＩＤ制御器６２の出力は１００％であった。
蒸気利用設備４０加熱対象物を入れ、温度計３３にて温度を測定した。温度計３３の測定値Ｔ１は３０℃であった。また、圧力計３２にて、蒸気利用設備４０内に供給される雰囲気の圧力を測定した。蒸気圧縮機３５の起動前の圧力計３２の測定値Ｐ２は０ＭＰａ・Ｇであった。設定温度Ｔｓｅｔ１を１３０℃とした場合、この状態でＰＩＤ制御器６１の出力は１００％であった。ＰＩＤ制御器６３の設定値は、ＰＩＤ制御器６１の出力値１の０−１００％に対し、０〜０．２６ＭＰａ・Ｇ（１４０℃飽和蒸気）に割り付けた。
加熱対象物の乾燥を開始するために蒸気圧縮機３５を起動した。設定温度Ｔｓｅｔ１を１３０℃とし、蒸気圧縮機３５をインバータ６７のスロースタート機能を使って起動し、すぐに３８％運転となった。この時、圧力計３２の測定値Ｐ２は０．２６ＭＰａ・Ｇであり、ＰＩＤ制御器６３の出力値３は３８％であった。また、第１圧力計３１の測定圧力Ｐ１は０．０６ＭＰａ・Ｇであり、ＰＩＤ制御器６２の出力値２は１００％であった。
５時間経過後、温度計３３の測定値Ｔ１は１２８℃となり、ＰＩＤ制御器６１の出力値１が７３％に低下し、ＰＩＤ制御器６３の出力値３が２０％となり蒸気圧縮機３５は２０％運転となった。
第１圧力計３１の測定値Ｐ１は０．０６ＭＰａ・Ｇから上昇を始め、０．１０ＭＰａ・Ｇとなり安定した。
温度計３３の測定値Ｔ１が１３０℃となると、ＰＩＤ制御器６３の出力値３は０％となり蒸気圧縮機３５は停止した。
【００６２】
（実施例３）
図５に示すヒートポンプ式蒸気生成装置を使い、第１圧力計３１の圧力が０．１０ＭＰａ・Ｇ（１２０℃飽和蒸気）になるようにヒートポンプ循環経路２０の圧縮機２、膨張機５を運転した。第１圧力計３１の設定圧力値Ｐｓｅｔ１は、０．０４ＭＰａ・Ｇ（１１０℃飽和蒸気）に設定した。この状態で、ＰＩＤ制御器６２の出力は１００％であった。
共通蒸気ヘッダー４１は、ボイラーからの蒸気とヒートポンプからの蒸気を集合・分配させる配管を備えており、圧力計３４の測定値Ｐ３は０．３７ＭＰａ・Ｇ（１５０℃飽和蒸気）であり、設定圧力値Ｐｓｅｔ２は０．４０ＭＰａ・Ｇとした。この状態でＰＩＤ制御器６４の出力は１００％であった。
蒸気圧縮機３５をインバータ６７のスロースタート機能を使って起動し、すぐに１００％運転となったが、第１圧力計３１の測定圧力Ｐ１が０．０４ＭＰａ・ＧになるとＰＩＤ制御器６２の出力が低下し、蒸気圧縮機３５は３０％で連続運転となった。
【符号の説明】
【００６３】
１：排熱回収器
２：圧縮機
３：媒体凝縮器
５：膨張機
７：気液分離器
２０：ヒートポンプ循環経路
３１：第１圧力計
３２：第２圧力計
３３：温度計
３４：第３圧力計
３５：蒸気圧縮機
４０：蒸気利用設備
４１：共通蒸気ヘッダー
５０，５１，５２：制御装置
６１，６２，６３，６４：ＰＩＤ制御器
６５，６６：ローレベルセレクター
６７：インバータ
Ｌ１〜Ｌ６：配管
Ｐ１：供給ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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